Recyclebare mono-PP folies betrouwbaar in dieptrekmachines verwerken.
De druk op verpakkingsfabrikanten aangaande de verantwoorde omgang met composietfolies neemt toe. Mono-PP folie is een recyclebaar alternatief voor PET-composiet. Hoewel de voordelen van mono-PP folies voor de kringloop voor de hand liggen, plaatsen ze verpakkers voor uitdagingen. Hoe ze op een betrouwbare manier in dieptrekmachines kunnen worden verwerkt, presenteerde Andreas Dietrich / Weber Food Technology GmbH op de Inno-Meeting in Osnabrück.
– Een toespraak door Dieter Finna
Momenteel...
… worden voor de productie van consumentenverpakkingen die worst- of kaasplakken bevatten, vaak composietmaterialen van APET/PE of boPET/PE gebruikt. Deze folies kunnen goed door machines worden verwerkt en hebben ook hoge barrière-eigenschappen. In de kringloop van materialen voldoen ze echter niet aan de vereisten 'goede sorteerbaarheid' en 'materiaalrecycling'. Dat is het moment waarop de aandacht op het gebruik van mono-PP folies komt te liggen. Deze folies zijn tussen 90% en 98% gemaakt van polypropyleen en kunnen op dieptrekmachines worden verwerkt. Ze vertonen echter vaak duidelijke verschillen.
Aantrekkelijkheid en doorvoer op verpakkingslijnen verbeterbaar.
PP-verpakkingen die met dieptrekmachines zijn gemaakt, hebben vooral nadelen als het aankomt op hun uiterlijk. Andreas Dietrich, Application Engineer Verpakking bij Weber Food Technology GmbH beschrijft resultaten met PP-verpakkingen als vaak "minder aantrekkelijk, omdat ze meer golven vertonen, minder transparant zijn en zachter aanvoelen." Deze herkenbare verschillen zijn deels het gevolg van de natuurlijke eigenschappen van polypropyleen.
Sommige soorten folie van mono-PP hebben echter wel een mooi stabiele vorm, een stabiele tray. Hierbij is de bovenfolie vaak niet zo strak gespannen als bij folies op basis van boPET. Dit uiterlijk treedt volgens de ervaring van Andreas Dietrich met name op bij hersluitbare bovenfolies.
Een ander nadeel is dat de doorvoer op verpakkingslijnen met mono-PP folies als gevolg van langzamer verwarmen en afkoelen van het materiaal geringer is. Omdat het in vorm brengen van verpakkingen van PP-folie iets ingewikkelder is, neemt de frequentie van de machine af, zodat deze op een iets lagere snelheid draait. Een afname van 12 t/min tot 11 t/min heeft bij grote, industriële lijnen voor kaasverpakkingen met een inhoud van 400 g reeds als gevolg dat er 6,5 t kaas minder in een productietijd van 20 uur/dag kan worden verpakt - een afname van meer dan 8%.
Ander materiaal, andere benadering.
Omdat het vormproces met mono-PP folie als gevolg van het materiaal afwijkt ten opzichte van gebruikelijke folies, is voor Andreas Dietrich duidelijk dat ook bij de uitvoering van de verpakkingsmachine en bij de machineparameters een wijziging van het materiaal in acht moet worden genomen. Als van een machine met een zogenaamde sandwichverwarming wordt uitgegaan, dus met twee verwarmingsplaten, één van boven, één van onderen, zijn bij APET/PE-composiet relatief korte verwarmings- en vormtijden van 1 tot 2 seconden bij een foliedikte van 250 µm al voldoende. De temperaturen liggen hierbij tussen 98 °C en 113 °C. Bij dit vormvenster van 15 °C vallen verwarmingsschommelingen bij PET/PE-composiet nauwelijks op. De machines op de markt zijn afgesteld op deze parameters.
Bij polypropyleen zijn de folies daarentegen vaak iets dikker, omdat wordt geprobeerd de iets zachtere structuur door een iets dikkere folie van 300 µm PP/PP te compenseren. Dat heeft op zijn beurt weer invloed op de verwarmings- en vormtijd, die bij de iets dikkere folie toeneemt tot ca. 2,5 seconden.
Zodra er met mono-PP folie wordt geëxperimenteerd, wordt op de lijnen vaak uitsluitend de temperatuur op het nieuwe materiaal aangepast, maar de verwarmings- en vormtijden niet. Dat veroorzaakt vouwen en golven in het uiterlijk van de folie en leidt tot een slechtere stabiliteit van de tray.
Hoe ontstaan vouwen bij tray's?
Om naar oplossingen te zoeken, moet je eerst de oorzaken van het ontstaan van vouwen en golven begrijpen. Die kunnen met meerdere beïnvloedende factoren samenhangen. Volgens de ervaring van Andreas Dietrich kan dit aan ongunstige instellingen liggen, maar ook aan het feit dat de verwerkingsmachines al enkele jaren in bedrijf zijn, wellicht zonder optimaal onderhoud, en ze tot dusver altijd PET-folies hebben verwerkt. PTE als abrasief materiaal veroorzaakt vaak slijtage van de teflonlaag van de verwarmingsplaat/platen, vooral van de onderste verwarmingsplaat. Het gevolg is een gladde plaat zonder anti-kleefeigenschappen. Terwijl PET in zo'n geval nog op dieptrekmachines kan worden verwerkt, raakt er bij folies van polypropyleen lucht ingesloten tussen de folie en de versleten verwarmingsplaat. Dat leidt tot luchtbellen in het uiterlijk, ook wel 'krampaders' genoemd. Die zijn dan duidelijk zichtbaar in de verpakking.
Een ander obstakel is het probleem dat PP-folie in warme toestand behoorlijk uitzet. In een dieptrekmachine wordt de folie eerst verwarmd en daarna in warme toestand een stap verder vervoerd om te worden gevormd. Het sluiten van de verwarmings- en vormgereedschappen leidt tot een bepaalde problematiek. De zachte, warme folie die van nature iets uitzet, in combinatie met de luchtverplaatsing die bij het sluiten van het vormgereedschap ontstaat, zorgt ervoor dat de folie uitzet tot er een soort luchtbel ontstaat. Die wordt daarna tijdens het sluiten van het gereedschap platgedrukt. Ook daardoor ontstaan vaak vouwen. Bij PP is het belangrijk deze luchtbeweging en dus het ontstaan van luchtbellen te voorkomen door geschikte technische maatregelen.
Warmtebeelden tonen de oorzaken in de procesparameters aan.
Wat het effect is van verschillende verwarmings- en vormtijden op het uiterlijk van verpakkingen, wordt aangetoond door beelden die Weber direct na het verlaten van het vormstation met behulp van een dubbele warmtebeeldcamera heeft gemaakt.
Het eerste warmtebeeld toont een grensgeval op basis van parameters voor de vorming van APET-foliecomposiet, waarbij enkel de temperatuur is aangepast. Het volgende beeld toont daarentegen een geoptimaliseerd resultaat, waarbij alle processtappen optimaal op de PP-folie zijn afgestemd. De vergelijking van de procesparameters bij de productie van deze verpakkingen verduidelijkt welke parameters aan de optimalisering van een verpakking bijdragen en dat verpakkingen van PP-mono-folie geschikt zijn voor optimalisatie.
Een wezenlijke parameter bij het vormen van de verpakking is de drukopbouw, die met name belangrijk is bij de verwerking van mono-PP-folies. Als deze te laag en te langzaam is, wordt de folie niet correct in vorm gebracht. Er ontstaan grote temperatuurverschillen in de verpakking, in dit voorbeeld tot 21 °C tussen het midden en de ribben van de verpakking. Het resultaat zijn spanningen in het materiaal en uiteindelijk golven.
Het tweede warmtebeeld toont aan dat bij een optimale instelling van het vormproces de temperatuurverschillen tussen midden en ribben van de verpakking tot ca. 7 °C kunnen worden gereduceerd. De verwarmings- en vormtijden bedragen hierbij 2,5 seconden, de verwarmingstemperatuur is 135 °C, de drukopbouw tijdens het vormen bedraagt 1 bar in 0,2 seconden, de koeling is efficiënt ingesteld.
Invloed van het verpakkingsontwerp.
Naast de verwerkingsparameters speelt natuurlijk ook het verpakkingsontwerp een doorslaggevende rol. Bij het gebruik van PP-folie mag de vormgeving van de verpakking geen te kleine details vertonen. In het voorbeeld links hebben de ribben een radius van R 8 mm en een diepte van 2 mm. Hoe kleiner de radiussen, des te moeilijker ze in vorm gebracht kunnen worden en des te meer golven er in de verpakking kunnen ontstaan. Zo'n design kan bij de ribben zeer goed worden gerealiseerd.
Ook de hoekradiussen spelen een belangrijke rol. In het voorbeeld rechts hebben ze een radius van R 9 mm, wat een goede waarde is. Als ze te klein worden, wordt de verpakking minder stabiel, trekt deze sneller krom en ontstaan er golven.
Het is tóch mogelijk.
"Een factor voor een goed resultaat met mono-PP folies is goed, zeer nauwkeurig verwarmen met een sandwichverwarming die de temperatuur zo stabiel mogelijk houdt. Daarvoor is een zo lang mogelijke verwarmingstijd van ca. 2,5 seconden nodig."
De tweede factor is zeer snel vormen. Dat wordt bereikt door de snelle vormdrukopbouw, maar moet ook met de folie zelf mogelijk zijn. De folie moet binnen slechts 0,2 seconden in vorm kunnen worden gebracht. Daarbij is sprake van een onderdruk van -0,7 bar door het vormvacuüm van onderen onder de folie. Daarnaast is er van bovenaf sprake van een overdruk van +1,0 bar door de snelle drukopbouw. De som is een drukverschil van 1,7 bar als absolute waarde. De vormtijd en daarmee de afkoeltijd moet zo lang mogelijk zijn. In het algemeen is het doel bij verwarmen, vormen en koelen een zo gelijkmatig mogelijke en lage temperatuur in de verpakking. Zo kunnen temperatuurverschillen tussen het midden en de ribben van de verpakking bijvoorbeeld tot 7 °C worden gereduceerd.
De derde factor is een geschikte mono-PP-folie. "Niet elke folie levert het gewenste resultaat op", weet Andreas Dietrich vanuit zijn ervaring in de praktijk. Als rekening wordt gehouden met de genoemde parameters, kunnen exact in vorm gebrachte verpakkingen van mono-PP folie bij 12 takten/minuut worden gemaakt, die aan de markteisen voldoen.
Kies afdeling
